來(lái)自專(zhuān)欄芯片基礎(chǔ)課

說(shuō)來(lái)慚愧，大二學(xué)了一遍模電數(shù)電，考研專(zhuān)業(yè)課又學(xué)了一遍模電數(shù)電，但拿到如下這張mos管結(jié)構(gòu)圖，讓我立馬說(shuō)出：【這是什么型mos管，標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)襯底的箭頭指向哪里，簡(jiǎn)化符號(hào)柵極有沒(méi)有小圓圈，襯底該接高接低，柵極高電平導(dǎo)通還是低電平導(dǎo)通，導(dǎo)通電流方向是什么】的答案，時(shí)不時(shí)還真有點(diǎn)卡殼。這真的不能怪我們，是真的太繞了，比如PMOS管柵極居然是低電平有效，簡(jiǎn)化圖上輸入帶圈，這真的太反人性了。

今天就用一篇文章把這些關(guān)系徹底理順，開(kāi)始吧！

首先，你應(yīng)該已經(jīng)懂得：

1. 硅中參雜電子多的話(huà)，會(huì)在那里寫(xiě)個(gè)N，參雜空穴多的話(huà)，會(huì)在那里寫(xiě)個(gè)P。

2. 電流的方向指的是正電荷（空穴）流動(dòng)的方向，是電子流動(dòng)方向的反方向。（初中物理）

3. 電源的正電壓端會(huì)吸引電子聚集過(guò)來(lái)，負(fù)電壓端會(huì)吸引空穴聚集過(guò)來(lái)。（初中物理：異性相吸）

4. mos管是個(gè)開(kāi)關(guān)，柵極（G）是控制端，它控制著源極（S）和漏極（D）之間是否能導(dǎo)通，即是否可以通過(guò)電流。

5. 源極和漏極導(dǎo)通電流的意思是，給他們兩加一個(gè)電壓源，可以形成電流，從漏流到源也行，從源流到漏也行，這個(gè)電流是空穴移動(dòng)產(chǎn)生的也行，是電子移動(dòng)產(chǎn)生的也行。

6. 二極管正向（從P到N接正電壓）導(dǎo)通，反向（從N到P接正電壓）不導(dǎo)通。

好，可以開(kāi)始了。

拿到這副mos管的結(jié)構(gòu)圖，首先看到s極和d極連著的是N參雜區(qū)域，代表這兩個(gè)區(qū)域電子多，襯底是P參雜區(qū)域，代表空穴多。

此時(shí)，想象在S極和D極兩端加一個(gè)電壓源(方向無(wú)所謂)，可惜中間襯底部分都是P型啊，【由已知第6條】電子想移動(dòng)形成電流可是從N到P是二極管反向走不通啊。那我們的目標(biāo)就來(lái)了，在這兩個(gè)N參雜區(qū)域之間架起一條可讓電子通過(guò)的“橋梁”。

這條"橋梁"的架設(shè)很巧妙：柵極加一個(gè)比襯底電壓更高的電壓，那么柵極相當(dāng)于電源正極，【由已知第3條】柵極吸引P襯底中的電子（P代表空穴多，但依然有電子啊）向著柵極方向聚集，形成了下圖紅色區(qū)域中電子聚集的情況。

“橋”架起來(lái)了！紅色區(qū)域也成為電子多的區(qū)域了，我們完全可以在這個(gè)時(shí)刻在紅色區(qū)域上標(biāo)一個(gè)N。再想象在S極和D極兩端加一個(gè)電壓源(比如電池，方向無(wú)所謂)，電子有路可走了吧。假設(shè)D極加正電壓，S極接地，從電源外部看，【由已知第3條】電子從S極往D極移動(dòng)，【由已知第2條】電流方向是從D極指向S極。

這個(gè)“橋”的學(xué)名叫做“溝道”，溝道是由襯底中電子被吸引來(lái)形成的就叫N溝道，溝道是由襯底中空穴被吸引過(guò)來(lái)形成的就叫P溝道，個(gè)人感覺(jué)這名字還是挺貼切的。好，到我們敲黑板知識(shí)點(diǎn)：PMOS的全稱(chēng)叫P溝道MOS管，容易想出溝道是什么類(lèi)型取決于S和D端摻雜的是什么類(lèi)型，立即推：S和D端區(qū)域?qū)懥薔，管子就是NMOS；S和D端區(qū)域?qū)懥薖，管子就是PMOS。

好，繼續(xù)敲黑板知識(shí)點(diǎn)：MOS管的標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)中，襯底的箭頭方向指的是襯底中“電子”的移動(dòng)方向，上述的NMOS管中襯底里的電子被柵極高電壓吸引跑去形成人肉溝道，那么下圖中襯底箭頭方向是朝著柵極的。

好，繼續(xù)敲黑板?。?！在簡(jiǎn)化符號(hào)中，襯底就不畫(huà)了，因?yàn)闁艠O高電平MOS導(dǎo)通，意味著襯底中電子方向一定是朝著柵極的。那么只要規(guī)定了柵極高電平有效還是低電平有效，襯底那條線(xiàn)就沒(méi)有必要畫(huà)了，是確定了的。這里和數(shù)電里電平有效的標(biāo)注方法是一樣的，輸入pin帶一個(gè)圈就表示低電平有效，那么下圖就出來(lái)了，NMOS管是柵極高電平有效。

三次敲黑板后，我們應(yīng)該已經(jīng)解答了開(kāi)始時(shí)最重要的三個(gè)問(wèn)題：【這是什么型mos管，標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)襯底的箭頭指向哪里，簡(jiǎn)化符號(hào)柵極有沒(méi)有小圓圈】。為了避免大家每次都把上述形成人肉溝道的過(guò)程從頭想一遍，咱們還是搞個(gè)惡心的口訣幫助下記憶：N無(wú)圈（諧音花無(wú)缺）朝自己開(kāi)了一槍?zhuān)ㄒr底箭頭方向朝柵極自己）。好惡心~~~~

我們繼續(xù)研究剛才的過(guò)程，剛才說(shuō)了一句話(huà)：“柵極加一個(gè)比襯底電壓更高的電壓”?！居梢阎?條】這樣?xùn)艠O才能吸引襯底中的電子跑過(guò)去形成人肉溝道嘛。那么襯底接VDD還是接GND？當(dāng)然是接GND啦，沒(méi)有問(wèn)題吧。

實(shí)際使用中，無(wú)論是NMOS還是PMOS，通常把S極和襯底B接在一起用，叫做共源接法。所以經(jīng)?？吹饺缦聢D的符號(hào)。你要問(wèn)為什么襯底要和源極接在一起，我暫時(shí)還不知道，但從MOS管結(jié)構(gòu)圖可知，源極和漏極本來(lái)就是對(duì)稱(chēng)的，可互換的，圖上不標(biāo)誰(shuí)是D誰(shuí)是S，你就不知道誰(shuí)是D誰(shuí)是S。所以襯底想和誰(shuí)接在一起其實(shí)是一回事。

那么對(duì)于NMOS管，剛分析到襯底得接GND，為了讓柵極高電平時(shí)能吸引電子過(guò)去當(dāng)溝道。那么NMOS的使用通常如下圖：Vgs為高電平時(shí)，id電流能夠形成，方向從D流向S到地；Vgs為低電平時(shí)，id電流形成不了，D、S之間斷開(kāi)。

到此結(jié)束，開(kāi)頭提出的所有問(wèn)題都得到了解答。PMOS的情況不加贅述了，按照此文可以完全自己做一遍分析。千言萬(wàn)語(yǔ)匯成一句話(huà)：花無(wú)缺朝自己開(kāi)了一槍。